В библиотеку

Выявление экологически опасных зон и изучение их влияния на безопасность конструкций и сооружений

Шелест К. В., Ребенко Я. В., Алехин В. И.
Донецкий национальный технический университет


Источник: Сборник VII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «География, геоэкология, геология: опыт научных исследований», 11-14 мая 2010 года, г. Днепропетровск.


     Для выявления геодинамически активных зон и оценки их современной активности в 70-е годы прошлого столетия был разработан комплекс методов структурно-геодинамического картирования (СГДК). Одним из таких методов является азимутальный способ изучения анизотропии электропроводности почвенных отложений (СГДК-А), разработанный в ДонНТУ. Способ СГДК-А основан на явлении азимутальной неоднородности электропроводности поверхностного слоя покровных отложений в связи с геодинамическими процессами в недрах. Для реализации способа СГДК-А разработан прибор - электронный фиксатор аномалий (ЭФА). Прибор ЭФА позволяет оперативно выявлять геодинамические зоны по изменению анизотропии электропроводности в покровных отложениях до глубины 2,5-3м. Метод прошел широкую апробацию в разных странах - Беларусь, Россия, Узбекистан, Киргизии, Китай.

     В 2007 году в микрорайоне Широком города Донецка с целью выявления крупного разлома (надвига) проведены исследования методом СГДК-А. Исследования были проведены с шагом наблюдений 20-25м. Была выявлена крупная аномалия, фиксирующая выход надвига по рыхлые отложения. Выявленная аномалия прослежена на участке предполагаемого жилищного строительства. Геологоразведочными работами было установлено, что разломная зона в коренных породах проявлена мощной зоной дезинтеграции и представляет опасность для жилых зданий.

     В 2009 году нами для уточнения положения разрывного нарушения и оценки его активности проведена детальная съемка методом СГДК-А. Шаг наблюдений в профиле составил 5м. Привязка начала и конца профиля проводилась по космоснимку и прибором GPS.

     На каждой точке (пикете) профиля установка ЭФА ориентировалась с помощью компаса на север. Затем в этом положении измерялась электропроводность, и брус перемещался в горизонтальной плоскости по часовой стрелке для снятия замеров в других направлениях. Измерения проводились с угловым шагом в 30 градусов. Каждому фиксированному положению приемника присваивался порядковый номер (код) от 0 до 12. Исходная позиция имела номер 0. Последний замер брался в позиции 12. Последний замер дублировал измерения в исходной позиции и являлся контрольным. В случае отличия первого и последнего замера более чем на 4 единицы, измерения на точке наблюдения повторялись. Такой прием обеспечивал высокое качество наблюдений.

     Снятые замеры отражают электропроводность грунтов в различных направлениях. Их анализ позволяет установить направление с максимальной электропроводностью в пределах каждого из 4 квадрантов (секторов) круга на каждом полевом пикете съемки.

     Для выявлений аномальной анизотропии электропроводности грунтов использовались три показателя: К1 — степень устойчивости ориентировок максимальной электропроводности по профилю; К2 — степень отличия ориентировок максимальной электропроводности на пикете от глобального фона; К3 — степень отличия ориентировок максимальной электропроводности на пикете от фона участка съемки. Для большей достоверности результатов, съемка проводилась двумя независимыми операторами по одним и тем же пикетам.

     Для выявления фоновой анизотропии электропроводности на участке проведены статистические расчеты по всем замерам.

     Обработка полевых данных по профилю проводилась методом сглаживания с окном сглаживания в 5, 7, 11 пикетов. В результате было установлено, что наиболее оптимальным окном при шаге наблюдений 5м является окно в 7 пикетов. Процедура обработки данных и расчет показателей выполнялись с использованием компьютера каждым оператором отдельно. Затем результаты обработки сравнивались.

     По результатам обработки данных построены графики показателей СГДК-А и выделены аномальные участки (Рис.1). Установлено, что главная аномалия наблюдается по комплексу показателей в районе пикетов 78-98 (см. рис 1).




Рисунок 1 — Графики показателей СГДК-А по профилю 1-09 (микрорайон Широкий).

1 — покровные отложения, 2 — коренные породы, 3 — надвиг, 4 — комплексные аномалии СГДК-А, 5 — графики параметров СГДК-А


     Здесь наблюдаются максимальные значения по всем трем показателям. Также можно выделить еще два аномальных участка в районе 2-13 и 22-37 пикетов. Положение главной аномалии по данным 2009 года, фиксирующей надвиг, в целом соответствует данным съемки 2007 года.

     Следующие исследования были проведены в сентябре 2009 года в районе 3-го корпуса ДонНТУ. Шаг наблюдений в профиле также составил 5 м. В один день в разное время было сделано 3 съемки (время съемок: 10:28, 11:55, 12:40). Цель исследований — изучение изменений анизотропии электропроводности грунтов во времени. Данная задача для СГДК-А была поставлена впервые.

     В результате проведенных исследований было установлено, что электромагнитное поле изменяется во времени. Наблюдается изменение роз-диаграмм электропроводности грунтов, характеризующих местной фон (рис. 3).




Рисунок 2 — Розы-диаграммы направлений максимальной и электро-проводности грунтов по трем съемкам.


     Разница во времени между первой и второй съемкой составила 1,5 часа, между второй и третьей — 40 минут. В первом случае мы видим более значительные изменения параметров и колебания поля, чем во втором, где розы-диаграммы почти аналогичны. То есть можно сказать, что наибольшая сходимость результатов наблюдается в том случае, когда разница во времени минимальна. В целом можно утверждать, что данный участок недр геодинамически довольно активный, поскольку параметры меняются в довольно короткие промежутки времени.

      Наиболее устойчивым показателем во времени является показатель К2 — степень отличия ориентировок максимальной электропроводности на пикете от глобального фона, который в разное время ведет себя практически одинаково. Его максимум приходится на 10-13 пикет и сохраняется на этом месте на протяжении всех трех съемок. Наиболее изменчив показатель К1. В целом в районе 3 корпуса ДонНТУ закартирована устойчивая аномалия в интервале 10-13 пикетов. Эта аномалия фиксирует мелкое разрывное нарушение, что подтверждается геологоразведочными данными. Надо сказать, что аномалия довольно активна, она пересекает учебный корпус. В стенах и перекрытиях здания наблюдаются деформации.

     По результатам исследований 2009 года можно сделать ряд выводов. На участке микрорайона Широкий выявлена крупная аномалия СГДК-А, фиксирующая надвиг. Надвиг активен и может представлять опасность для жилых зданий. При проектировании и строительстве зданий следует учесть результаты проведенных исследований.

     В районе 3-го корпуса ДонНТУ установлено, что электромагнитное поле изменяется во времени. Такой результат указывает на повышенную активность недр. Наличие мелких разрывных нарушений усложняет ситуацию. На данном участке необходимо проведение режимных наблюдений.

Литература

  1. О новом методе структурно-гединамических исследований / Панов Б.С., Рябоштан Ю.С., Алехин В.И. и др // Советская геология. — 1984. — № 1.— c.66-75.

  2. Hовые методы изучения современной геодинамики активизированных областей /Панов Б.С., Рябоштан Ю.С., Алехин В.И и др. // Вестн. Киевского ун-та. Прикладная геохимия и петрофизика. — Киев: 1983. — Выпуск 10. — С.91-99.

  3. . Воевода Б.И., Соболев Є.Г., Русанов А.Н. и др. Геодинамика и ее экологическое проявление// Донецк, научные труды Донецкого государственного технического университета.. Сер. Горно-геологическая, 2001, вып. 23. — С. 3-10.

  4. Санина О.Н., Алехин В.И. Зоны экологического риска и методы их обнаружения на примере города Донецка // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. Зб. док. VI междун. науч. конф. аспирантов и студентов. — 2007. — Т. 2. — С.102-103.

  5. Алехин В.И., Санина О.Н., Сахарова Н.А., Ковалева О.А. Зоны геолого-экологического риска тектонической природы и безопасность жизнедеятельности //Научные труды ДонНТУ. Серия горно-геологическая, — 2007. — Вып. 6(125). — С. 149-152.